I Buchi Neri

I Buchi Neri
Stefano Spagocci
GACB
Buchi Neri Classici
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La velocità di fuga da un corpo cresce
all’aumentare della sua densità.
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Laplace scoprì che corpi molto densi hanno
velocità di fuga maggiore di quella della luce.
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Ma allora essi non permettono alla luce di
fuggire e sono quindi neri.
Evoluzione Stellare
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In una stella vi sono forze gravitazionali che
tenderebbero a farla contrarre.
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Le reazioni di fusione (idrogeno in elio ecc.) nel
nucleo tenderebbero invece a farla esplodere.
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In sequenza principale le due forze si fanno
equilibrio e la stella rimane a raggio costante,
emettendo calore.
Evoluzione Stellare
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Quando l’idrogeno si esaurisce, si innescano
altre reazioni, ma quando si è formato il ferro
non vi sono più reazioni disponibili.
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Per stelle più pesanti di circa 3 masse solari, a
quel punto nulla può contrastare la gravità.
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Gli strati superficiali allora esplodono
(supernova) mentre gli strati interni si
schiacciano e danno origine ad un buco nero.
Buchi Neri Galattici
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Nel centro di galassie (anche della nostra)
si hanno milioni di masse solari di gas e
polveri.
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Le grandi masse in gioco fanno sì che si
formino buchi neri di milioni di masse
solari.
Buchi Neri Relativistici
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Nella relatività ristretta la velocità della
luce è la massima possibile.
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Nella relatività generale un corpo incurva
lo spazio circostante tanto più quanto è
maggiore l’attrazione gravitazionale.
Buchi Neri Relativistici
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Schwartzschild predisse che quando la
velocità di fuga da un corpo supera quella
della luce, lo spazio si chiude su se
stesso.
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L’analogia migliore è quella di una goccia
d’acqua che si stacca da un rubinetto.
Buchi Neri Relativistici
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Esiste un raggio, detto raggio di
Schwartzschild, tale che se un corpo è
compresso sotto quel raggio diviene un
buco nero.
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Per il sole il raggio di Schwartzschild è di
circa 3 km: se compresso sotto i 3 km di
raggio, esso diventerebbe un buco nero.
Buchi Neri Relativistici
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Le stelle più pesanti, alla fine della loro
vita, lasciano al centro un buco nero.
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Il raggio di Schwarzschild di questo buco
nero definisce la zona all’interno della
quale nulla può sfuggirgli.
L’Orizzonte degli Eventi
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All’interno del raggio di Schwartzschild,
nulla può sfuggire ad un buco nero.
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Il raggio di Schwarzschild definisce
l’orizzonte degli eventi.
L’Orizzonte degli Eventi
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L’orizzonte degli eventi rappresenta un
confine per l’universo osservabile.
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Ciò che cade all’interno dell’orizzonte degli
eventi precipita nel buco nero e non ne
può uscire, qualunque velocità abbia.
L’Ergosfera
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Nel caso di buchi neri rotanti vi è anche un’altra
zona importante, l’ergosfera, di raggio maggiore
dell’orizzonte degli eventi.
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Dall’ergosfera si può fuggire ma un corpo che
sfugge all’ergosfera acquista un po’ della
rotazione del buco nero e può quindi estrarne
energia.
Spazio-Tempo in un Buco Nero
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Nel centro di un buco nero la densità è
infinita (singolarità) ed il tempo si ferma.
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Dentro l’orizzonte degli eventi la densità
cresce verso il centro ed il tempo è
rallentato.
Spazio-Tempo in un Buco Nero
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Un astronauta che cada in un buco nero
non ne può uscire.
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Tuttavia impiegherà per noi un tempo
infinito ad arrivare al centro e dunque in un
certo senso acquisterà eterna giovinezza.
Come Scoprire i Buchi Neri
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Si osserva una stella o nube galattica che
orbita attorno ad una compagna invisibile
di grande massa.
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La materia che spiraleggia verso un buco
nero emette energia in radio, X ecc.
Mini Buchi Neri
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Il Big Bang, con le sue altissime densità,
potrebbe aver prodotto mini buchi neri.
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Tali buchi neri appaiono come particelle
elementari e, secondo alcune teorie,
potrebbero anche prodursi in acceleratori
come l’LHC.
Evaporazione dei Buchi Neri
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Secondo Hawking, un buco nero può
anche evaporare, perdendo particelle
elementari.
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L’evaporazione dei buchi neri non è
rilevante per quelli stellari e galattici ma
fondamentale per i mini buchi neri.
Mito da Sfatare
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Non è vero che da un buco nero non si può
sfuggire.
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Se un corpo non penetra nell’orizzonte degli
eventi per esso il buco nero è un normale
oggetto gravitante.
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Solo penetrando nell’orizzonte degli eventi non
si può sfuggire al buco nero (a parte
l’evaporazione).
La Singolarità
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Nel centro di un buco nero tutte le quantità sono
infinite e si ha una singolarità.
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Ma dove le quantità sono infinite non si possono
fare calcoli.
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Il paradosso è irrisolto ma se un buco nero fosse
un insieme di stringhe (vd. teoria delle stringhe),
le dimensioni minime sarebbero quelle di una
stringa e non zero.
Conclusioni
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I buchi neri sono oggetti previsti teoricamente,
che però danno origine e fenomeni osservabili
sperimentalmente.
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Le loro proprietà sono affascinanti e lontane
dall’ordinaria intuizione.
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Tuttavia su tali oggetti vi sono miti da
fantascienza che vanno sfatati.